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1、真空淬火炉设计说明书姓名： 学号： 班级： 指导教师：申勇峰2013.7 真空淬火炉设计第 1 页一、设计任务说明WZC-60 型真空淬火炉技术参数： 项目单位指标 炉子有效尺寸mm 900600450 最大装炉量kg 210 最大温度1300 压升率Pa/h 0.67 额定功率kw 100 - 2 - 二、确定炉体结构和尺寸1. 炉膛尺寸的确定 由设计说明书中，真空加热炉的有效加热尺寸为 900mm 600mm 450mm ，隔热屏内部结构尺寸主要根据处理 工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定，并应考虑到炉子的 加热效果、炉温均匀性、检修和装出料操作的方便。从传热 学的观点看，圆筒形的隔热屏热
2、损失最小，而且强度好，易 于制造。宜尽量采用。一般隔热屏的内表面与加热器之间的 距离约为 50100mm ；加热器与工件 ( 或夹具、料筐 ) 之间的 距离为 50一 150mm 。隔热屏两端通常不布臵加热器，温度偏 低。因此，隔热屏每端应大于有效加热区约150300mm ，或 更长一些。 则： L9002(150300)12001500mm B6002(50150)2(50100) 8001100mm H4502(50150)2(50100) L=1400 650950mm B=900为了制造方便，取L=1400mm ；B=900mm；H=840mm。 H=8402、炉衬隔热材料的选择 由于
3、炉子四周具有相似的工作环境，我们一般选用相 同的材料。为简单起见，炉门及出炉口我们也采用相同 的结构和材料。这里我们选用金属隔热屏，依据炉胆的 型式和形状，作成圆筒形包围电热元件，以便把热量反 射回加热区，从而起到隔热效果，高温时用铂、钨、钽片。 温度低于 900时可选用不锈钢薄板，由于加热炉的最高使 用温度为 1300，屏的隔热效果与层数n 的关系大体按 1(n+1) 变化。 即：)()1(1kWQnQn式中：nQ安装n 层隔热屏后的热量（kW ）n隔热屏层数Q加热室热量（炉子功率换算为热量）（kW ）通常 1300的热处理炉以 6 层屏为宜。这里我们采用六层全 金属隔热屏，其中内三层为钼层
4、，外三层为不锈钢层, 以降低第- 3 -页成本。 按设计计算，第一层钼辐射屏与炉温相等，以后各辐射 屏逐层降低，钼层每层降低250左右，不锈钢层每层降低 150左右。则按上述设计，各层的设计温度为： 第一层： 1300；第二层： 1050； 第三层： 800；第四层： 550； 第五层： 400；第六层： 250； 水冷夹层内壁： 100 最后水冷加层内壁的温度为100150，符合要求。 3、各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度 （1）隔热屏 由于隔热层屏与屏之间的间距约815mm ，这里我们取 10mm 。钼层厚度为 0.2mm 0.5mm ，这里取 0.3mm ，不锈钢层 厚度 0.5mm 1.
5、0mm ，这里取 0.6mm 。屏的各层间通过螺钉和 隔套隔开。 第一层面积：1F2111111HBHLBL2(14009001400840900840) 6.384 1F=6.384 第二层面积：2F2222222HBHLBL2（14109101410850910850）6.5102 2F=6.5102 第三层面积：3F 2333333HBHLBL2（14209201420860920860）6.6376 3F =6.6376 第四层面积：4F2444444HBHLBL2（14309301430870930870）6.7662 4F6.7662 第五层面积：5F 2555555HBHLBL2
6、（14409401440880940880）6.8960 5F 6.8960 第- 4 -页第六层面积：6F 2666666HBHLBL2（14509501450890950890）7.027 6F 7.027 （2）炉壳内壁 炉壳采用双层冷冷却水结构，真空淬火炉对真空度的要 求比较高，而且WZC-60 属于大型真空淬火炉，由于不锈钢板 材料较贵，特别对大型炉壳，耗材多、造价高，最终，在性 能和成本之间均衡后选择1Cr18Ni9Ti-A3 钢板作为炉体材料。 炉壳内壁面积：冷F 2冷冷冷冷冷冷HBHLBL2（14609601460910960910）7.2076 冷F 7.2076 圆筒状完体
7、只承受外压时，可按稳定条件计算。有受外压 1105Pa，水压实验按 P水2105Pa计。真空炉的炉壳厚度由以下公式给出：4.0 0)(25.1BtBDEPLDS0S(mm)(),900mm()0.3 pa()1360mm(),1Cr18Ni9TiA3533000MpaBtDmmPMPaMLmmEtMPa式中：壳体圆筒计算壁厚圆筒直径这里为外压设计压力，为壳体圆筒的计算长度，为材料温度为 时的弹性模量钢板的弹性模量为0.4 00.3 14601.25900()12.6913533000900Smmmm实际炉体厚度为S=S0+C 其中： C=C1+C2+C3 C壁厚的附加量（ mm ） C1钢板的
8、最大负公差附加量（mm ） C2腐蚀裕度（ mm ） C3风头冲压的拉伸减薄量（mm ） 由表得 C1为 0.8mm ，第- 5 -页C2在单面腐蚀下取1mm ，C3为厚度的 10% ，这里 C3=1mm 所以， C=2.8mm ，故 S=14+2.8=16.8mm ，取整 S=17mm S=17mm 对于水冷真空炉，还需要进行水压试验来校验强度确定 壁厚是否满足使用需求。S0225.5B/弯225.591/6103600.903 式中： B矩形板窄边长度， B91 ; 弯1Cr18Ni9Ti-A3 钢的弯曲许用应力为533Mpa 。圆筒炉壳水压试验时，应校核壁上应力。进行水套水压试验， 一般
9、水套内通入 (23)105Pa（表压 )的压力。此外，还要加上1105Pa抽空压力 (内抽真空受的力 )。其圆筒经的应力水压试验时，其应力为225 .0CSPB水422.5Mpa 2520.5912 101.70.3422.5Mpa0.9s479.7Mpa 0.9s479.7Mpa 则所需壁厚符合要求，即S17 S17 (3)炉门与封头的确定 真空热处理炉通常采用双层椭圆形炉门，中间通水冷却。 炉门形状可分为圆形通，采用标准椭圆形封头作门板，炉门上 的法兰要求精加工，加工中变形量一般应0.5mm 。由于炉门 法兰和壳体法兰是密封面，通过法兰上开设的密封槽及密封 团密封，法兰加工要求平整，精度高
10、，密封槽尺寸应核确铣 制加工，配合面应磨削加工。 真空热处理设备的封头壁厚可以按炉壳设计计算，封头 主要有平盖封头、椭圆封头与碟形封头三种。从受外压角度 力学分析来说，无折边球面端封头受力状况较好，受力均布， 因而本次设计采用无折边球面端封头。封头由以下公式确定 ： （算法按凸形封头椭圆形封头计算）第- 6 -页1.7 42()()1(3)4()()()BBBBBBBPDDSCPhSmmPMPaRMrDmmrhmmMPaR式中 封头计算壁厚外压设计压力 系数 ,M= 封头直边部分内径 碟形封头圆角半径(mm) 封头凸出部分内边高度 焊缝系数 许用应力 碟形封头球形部分内半径(mm)带入数据后，
11、封头选型取为：31100161380.16241 11001100NiNDSmmkgVmRKDmm外径厚度质量m=容积当量球壳内半径三、炉子热平衡计算根据热平衡方程式Q总 Q有效+Q损失+ Q蓄式中：Q总加热器发出的总热量 (kJ/h) ；Q有效有效热消耗，即加热工件及工夹具所消耗的热量Q损失无功热损失 (kJ/h) Q蓄加热过程中炉子结构蓄热消耗的热量。 1、有效热消耗的计算Q有效Q工Q夹Q工GC(t1-t0) 式中：Q有效有效热消耗 (kJ/h) ；Q工工件加热消耗热量 (kJ/h) ；第- 7 -页Q夹夹具加热消耗热量 (kJ/h) ；G 炉子生产率 (kg/h) ； t1工件的最终温度
12、 ( ) ，般取炉温； t0工件的起始温度， ( ) ，一股取室温； C工件在温度 t1和 t0时的平均比热容 kJ (kg K) 工件和夹具在 1300和 20的比热容分别为C10.636kJ/(kg ? )和 C00.486kJ/(kg ? )，它们的质量分别为G工=160kg,G夹=10kg 则Q有效Q工Q夹（G工G夹）(C1t1C0t0) (12010)(0.636 13000.48620) 138903.6kJ/h Q有效138903.6kJ/h 2、无功热损失的计算Q损失=Q1+Q2+Q3+Q4 式中：Q1-通过隔热层辐射给水冷壁的热损失Q2-水冷电极传导的热损失Q3-热短路造成的
13、热损失Q4-其它热损失（1） 、通过隔热屏热损失Q1的计算电热元件、隔热屏的黑度为：热0.95；10.133；20.096 ；30.073；4560.5 ；冷0.56 。在辐射系数的测算中，参考工业应用中管状加热体平均的单 位表面功率 13W/cm2，参考要求中给出的100kW 的功率得到 加热体表面积大概为 : 2 276923.0 /13100m cmWkWPFP热 F热=0.76923 则导来辐射系数：第- 8 -页14.9610.76923110.956.38400.133C热2.6984kJ/( hK4) 其中 F1由前面算得， F热为加热元件的表面积。同样计算得：C1211224.
14、964.96 16.384111110.1336.5102 0.096F F0.2961kJ/( hK4) C2322334.964.96 16.5102111110.0966.6376 0.096FF0.2524kJ/( hK4) C3433444.964.96 16.6376111110.0966.7662 0.5F F0.4352kJ/( hK4) C4544554.964.96 16.7662111110.56.8960 0.5F F1.6638kJ/( hK4) C5655664.964.96 16.8960111110.57.2076 0.5F F1.6775kJ/( hK4) C冷6664.964.96 17.027111110.57.2076 0.56F F冷冷1.7932kJ/( hK4) 第- 9 -页则Q161144111100100FCFCFCTT冷热热冷热441673373100100 1112.64200.769230.29616.03601.79006.656933742.5kJ/h Q133742.5 kJ/h 式中：T热电热元件得绝对温度，按高于炉子工作温度按 100计算，即 T热1673K; T冷炉内壁的绝对温度，即按设计计算得 T冷373K。各辐射屏的温度的验算：第一层：41 100T
